国外SF_6断路器灭弧室小型化中采用的新技术和几种灭弧室的结构

<正>国外各大公司利用气流和电弧分析技术、电场分析技术等已做到有效地利用电弧热能形成高气压,与远离电弧区产生压差而吹弧、即热膨胀灭弧室。这样做的优点如下:①减小操动机构的操作功,100kV级GCB可配用弹簧操动机构,毋须用液压机构。②可简化灭弧室结构,缩小其尺寸,从而缩小GCB体积。 单独用热膨胀灭弧室的GCB,开断小电流时,由于电弧能量小,产生的吹弧压力低,不能开断电路是其缺点。为了解决它能开断大电流而不能开断小电流的矛盾,一般热膨胀灭弧室上带有压气助吹装置。西欧带助吹     

应用HCSR和并联灭弧室提高气体断路器开断能力的研究

高耦合电抗器(HCSR)辅助开断并联灭弧室是解决大电流故障开断的一种有效方法。由于SF_6电弧自身的负伏安特性会影响并联支路电流的同时过零,增加了开断并联SF_6电弧支路的难度,限制了其在高电压领域的应用。结合高耦合电抗器辅助并联支路开断的设计思想,首先利用40.5 kV断路器两柱相同灭弧室,进行了小电流条件下,SF_6电弧并联支路开断的试验研究,重点分析了开断电流大小、燃弧时间长短与均流、限流开断特性间的关系。其次,针对80 kA大电流条件下的并联支路开断特性,进行了单分试验的初步研究和验证。结果表明,在开断小电流、耦合电抗器设计参数不变的情况下,开断的短路电流越小,两柱并联的灭弧室越易实现同步均流开断,随着开断电流的增加,均流开断区间向燃弧时间较长的方向偏移;在开断80 kA大电流时,合理地设计电抗器参数,能够实现并联支路的均流开断,但较难完全避免并联支路限流开断的出现。两轮试验均表明首开支路熄弧后,断口两端的电压瞬间叠加电抗器单臂电感的压降而发生突变,并引起波形振荡,耦合电抗器单臂电感会对线路总电流产生一定的限流作用。     

基于APDL与GUI动态电场计算方法研究

开断容性电流是高压断路器一项重要而且严格考核的试验项目。由于容性开断电流非常小,灭弧室内气流状态对开断过程影响较小,开断过程可近似为空载开断。此时断路器性能主要决定于灭弧室的动态电场分布,因此计算断路器在开断容性小电流时的动态电场分布有很大的工程意义。文中结合断路器灭弧室结构特点,提出了基于APDL参数化编程为主、GUI为辅进行断路器开断容性小电流过程中动态电场的计算方法。通过研究动态电场计算数学模型、动态数据模型及电场最大值的动态提取及曲线绘制等关键技术,实现断路器灭弧室的动态电场计算和绘制关键零件电场最大值的变化曲线。通过一种典型瓷柱式断路器的灭弧室动态电场计算,获得关键零件电场最大值并绘制变化曲线,以此判断动态电场分布是否满足设计要求。该方法效率高、通用性强,对开断容性小电流的断路器设计和研发具有指导意义。     

混合型直流真空断路器触头技术——现状与发展

基于强迫换流原理的混合型直流真空断路器(hybrid direct current vacuum circuit breaker,HDCVCB)是直流开断技术的有效方式之一,其参数设计及开断能力决定于真空灭弧室的特性。介绍了混合型直流真空断路器的典型拓扑结构及其工作原理,对真空电弧理论和真空灭弧室触头结构的研究概况进行了阐述。分析了直流分断中电流波形与交流中的正弦波不同、电流下降率大、燃弧时间可控等特点,得到了其分断能力与换流电流投入时电弧形态和电极状态密切相关的结论。对不同触头结构下的真空电弧形态演化规律,不同条件下的真空灭弧室的强迫换流分断特性与介质恢复规律等实验研究工作进行了综述,最后对直流真空灭弧室的研发进行了展望。     

影响压气式SF_6断路器开断能力的因素

<正> 研究表明,SF_6断路器在开断出线端短路故障时发生的重击穿,通常是在电流过零后外加瞬态恢复电压峰值附近发生的介质击穿现象。在开断近区故障时的重击穿,一般是在电流过零后就发生的热击穿现象。这个观点对设计灭弧室有关参数,是重要的。 1 关于气缸内SF_6暂态压力 日本东芝公司的研究人员指出,出线端     

ELFSL4-2型断路器灭弧室气流场分布计算及分析

根据热力学和等熵流理论,开发出相应的数值计算方法和程序,对ELFSL4—2型断路器灭弧室开断过程中上游气缸压力,温度和喷口气流量进行了计算,同时还计算出电流过零时气压、流速、温度等参数沿喷口轴向的空间分布值。结果显示,该灭弧室较好地利用了电弧阻塞效应,因此具有良好的灭弧能力。     

外部接线对横磁场触头结构真空断路器开断能力影响的分析

计算了手车结构中外部接线对真空灭弧室弧柱的电动力,认为横磁触头结构真空断路器在开断大电流时,外部接线产生的电动力是导致开断失败的主要原因。建议尽量缩短真空灭弧室两端径向引出线的长度,以减少外部接线对灭弧室开断能力的影响。     

高电压真空断路器的技术进展

高电压真空断路器涉及高电压真空绝缘．大电流真空开断．额定电流与温升．机械特性．真空灭弧室外壳绝缘以及容性电流开断．小感性电流开断等诸多技术领域。具有高度的技术挑战性。     

大开断电流真空灭弧室触头材料含气量允许值理论判据

本文根据真空灭弧室在开断短路电流燃弧过程中灭弧室内动态压力的变化从理论上推导出触头材料含气量、灭弧室有效容积、触头电弧侵蚀率和开断电流之间的关系,给出了大开断电流真空灭弧室触头材料含气量最大允许值的理论判据。     

大开断电流真空灭弧室触头材料含气量允许值理论判据

本文根据真空灭弧室在开断短路电流燃弧过程中灭弧室内动态压力的变化从理论上推导出触头材料含气量、灭弧室有效容积、触头电弧侵蚀率和开断电流之间的关系,给出了大开断电流真空灭弧室触头材料含气量最大允许值的理论判据。     

不同因素对气吹式塑壳断路器开断电弧运动影响的实验研究

设计了用于研究气吹式塑壳断路器开断电弧运动情况影响因素的实验模型。利用具有自聚焦透镜及图形组态功能的二维光纤快速测试系统测取了不同情况下开断10kA预期电流时的电弧电流、电弧电压、灭弧室气压波形，以及开断过程的电弧运动图景。对比研究了灭弧室上下方气体阻尼、栅片结构及产气材料等因素对气吹灭弧性能的影响情况。结果表明，尽可能封闭灭弧室下方出气口，采用短栅片结构和POM与尼龙产气材料均有利于电弧进入灭弧室。     

ZF12—72．5／126／145型全封闭组合电器

产品特点：1、优越的开断性能 断路器采用自动灭弧原理的灭弧室,由于采用了优化设计的喷口,利用喷口的“堵塞”效应,在开断过程中充分利用电弧自身能量加热膨胀室中的SF6气体,在电流过零时吹熄电弧。与通常的压气式灭弧室相比,大大减小了机构的操作功率,缩小了灭弧室的尺寸,具有更强的开断各种故障电流的能力。     

中频供电系统真空电弧开断过程与液滴喷射分析

为研究真空开关在航空交流中频(360～800Hz)供电系统中的开断性能,该文选择触头直径为41mm、触头材料为CuCr50合金的真空灭弧室,进行短路开断实验;研究开断过程,拟合得到电弧电压与频率和电流、极限开断能力与频率的关系式;分析弧后液滴喷射现象,计算液滴的受力和运动轨迹。结果表明:中频真空电弧的电压峰值和电压上升率随电流频率和峰值的增加而增大;而电流开断能力随频率增加而下降,但与等值的工频电流相比,由于燃弧时间缩短,触头烧蚀减弱;电弧重燃时,有金属液滴从弧隙向外喷射,喷射速度范围为10～20m/s,驱动力为从燃弧区域内部向外的压力,压力梯度约为7.9×10~4 Pa/mm。     

杯状纵磁真空灭弧室开断能力与触头直径和触头开距关系的试验比对

对杯状纵磁真空灭弧室的极限电流开断能力与触头直径和触头开距间的关系I=k×D2×Bz0.4进行了试验验证。当触头直径分别为48,58,66mm时,触头开距设定为8,11,14mm,对9只真空灭弧室试品在振荡回路上进行极限开断能力试验;用三维有限元方法对9种情况下的纵向磁场进行了计算;将计算结果带入公式与试验结果及灭弧室开断能力标定值进行比较,考虑试验的误差,认为公式有参考意义。     

真空灭弧室开断大电流后的绝缘劣化

通过实验研究了三种不同触头材料的真空灭弧室在作大电流开断操作后冲击耐压水平的下降情况后发现,随着开断电流的增大,弧后冲击耐压水平逐渐降低.当开断电流接近真空灭弧室的极限开断电流时,冲击绝缘水平有较大幅度的下降;采用工频电压作用下的高压火花老炼处理,可以使尚未达到电寿命极限的真空灭弧室的冲击耐压水平基本得到恢复.     

大容量、小尺寸SF_6断路器的研制

<正>增大SF_6断路器（GCB）开断能力和缩小其尺寸的新的有效技术有两个途径。一种方法是采用改进电弧冷却方式的新式喷嘴形状;另一种方法是改善排气筒中的热气流扩散,使电流开断后绝缘强度恢复速度提高。研究表明这些技术对将开断电流从50kA提高到63kA是有用的。 1.研制大容量、小尺寸GCB的难点 （1）母线端故障（BTF）开断电流从50kA增加到63kA,导致触头间电弧能量的增加。因而,63kA灭弧室中冷却电弧的能力应当提高,这也将导致产生的热气流的增加,必须有效地将热气流从灭弧室中排出;（2）为了开断近区故障（SLF）,由于较陡的di/dt或dv/     

真空灭弧室非对称两极式线圈纵磁触头结构仿真

为改善真空断路器的开断能力,文中设计一款非对称双线圈两极式纵向磁场电极的真空灭弧室触头。建立触头结构三维模型,在考虑涡流效应的影响下,采用有限元法对触头系统进行三维磁场仿真。结果表明,在电流峰值时动、静触头表面及触头间隙中心平面产生的纵向磁场强度有效面积较大且分布均匀。静触头表面最大值0.842 T,动触头表面最大值0.306 T;电流过零时刻触头间隙中心平面剩余磁场小,最大磁滞时间0.87 ms,导体回路电阻29.77μΩ。该非对称触头结构具有较大纵向磁场,电流过零时刻剩余磁场小,磁滞时间小,有利于提高断路器的分断性能。     

新型的126kV真空灭弧室电极结构的磁场计算及分析

本文设计了两种新型的126kV多极纵向磁场真空灭弧室电极结构,即:双极和四极纵向磁场真空灭弧室电极结构,并对其纵向磁场进行了计算分析和比较,结果表明双极纵向磁场的电极结构较四极纵向磁场的电极结构产生的纵向磁场要大,且均匀性也较好,预计可以满足开断电弧电流的要求。     

断路器开断短路电流累积烧蚀效应研究

断路器在多次开断短路电流后,准确评估电流能量对灭弧室弧触头的烧蚀程度是一个困扰运维人员的技术难题,特别是在不解体断路器灭弧室的条件下,采用电气试验手段以何种特征参量准确反映弧触头的寿命状态是该难题的关键。文中重点研究断路器开断短路电流后触头的累积烧蚀效应,采用4台真型500 kV柱式断路器作为研究对象,结合动态电阻测试手段,在短路开断合成回路中跟踪检测断路器电寿命试验过程中弧触头状态的演化趋势,研究得到了电寿命试验前后弧触头烧蚀特性,以及表征弧触头状态的特征参量(有效接触位移、接触电阻和累积电流开断能量)的关联性,揭示了短路电流累积开断效应对断路器寿命状态的影响规律,可为运维人员评估断路器灭弧室状态以及制定后续检修策略提供依据。     

电极材料和直径对真空电弧电压和阳极活动影响的实验研究

电极间的燃弧过程能够反映真空开关的开断特性及机制,采用实验手段分析和研究了不同电极直径和材料下真空电弧中的电极过程。在可拆卸真空灭弧室中,分别对直径为41、58 mm的纯铜和CuCr30的杯状纵向磁场电极进行了间距10 mm的大电流(有效值为10、12.5、15及17.5 kA)燃弧实验,用高速摄影仪拍摄电极间的电弧形态和阳极活动,并测量了电弧电压波形。以实验测量为基础,分析研究了真空电弧在不同电极直径以及铜和CuCr30材料下的电弧电压特性、阳极活动特性。实验结果表明:电极直径和材料与真空开关的开断性能有着密切的关系;随着电极间直径增大,电弧电压减小,电弧稳定、扩散态好,阳极斑点形成的电流阀值高,电极的开断能力较大。